一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法技术

本发明专利技术公开了一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法，将竖炉本体主要分为还原段和其下方的冷却段；在还原段的内炉衬外依次设置水冷套和电磁加热装置，水冷套和电磁感应加热装置上端设置温度检测装置；电磁加热装置自上而下依次为中频加热A区、中频加热B区和低频加热区，可在富氢还原条件下根据炉料温度和金属化率变化规律进行分区变频控温，保证还原段的最高温度能在800

【技术实现步骤摘要】
一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法


[0001]本专利技术属于直接还原冶金
，具体为一种新型氢基竖炉直接还原炼铁新方法。

技术介绍

[0002]以清洁的绿氢、绿电为能源载体，发展氢基竖炉直接还原
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电炉炼钢短流程是钢铁实现“双碳”目标的一个重要途径。对于目前的氢基竖炉，在无其他能量补偿的情况下，为弥补氢还原铁氧化物强吸热效应引起的体系热量不足，则需通过增加预热后氢气的供气强度，但由于此刻竖炉中上部热量明显不足，大量氢气未得到有效利用便从炉顶逸出，导致氢能利用率低。
[0003]针对以上问题，现有的解决方法主要为向炉身中上部喷吹氧气，通过燃烧部分氢气，将化学能转化为热能，从而维持炉内温度。但是，通过氢耗损弥补还原过程热量不足将导致工艺的运行成本增加；而且，这部分燃烧损失的氢并没有用于还原过程，注入的氧气可能导致局部氧化性增强，反而不利于氢能利用率的提高。
[0004]因此，研究者们针对如何提高氢基竖炉能量利用率也提供了许多创新的、有意义的研究思路。譬如，孙贯永提出了一种外热式气基直接还原炼铁方法，通过设置两个各自独立的内、外系统，中间由高导热材料(火墙)隔离，外系统设有独立燃烧室，燃气产生的热量可及时向炉内传递，实现内部温度的可控，提高还原气体利用率。但是该工艺的热交换条件差、极易导致竖炉内热量分布不均，实现工业应用的难度较大。
[0005]CN201721108709.9提出了一种用于气基竖炉直接还原系统的还原气的加热系统，其基本原理是对常规煤气加热炉得到的中温还原气，再经过电加热得到1050℃高温还原气，提高竖炉内料层温度，从而提高复杂铁矿的还原效率和金属化率，但该方法并不能有效解决竖炉上部热量不足和氢利用率低的问题。
[0006]CN202110053605.7提出了一种使用电能加热的氢气竖炉炼铁系统及方法，其主要特点在于，针对竖炉上部低金属化率炉料和下部DRI分别采用微波加热和感应加热的方式来补偿氢基竖炉内热量的不足，优化能量分布和利用。该方法为“电加热
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气还原”的电
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氢清洁冶金理念的实现提供了新的思路。但是，微波加热技术在工业上虽然应用较多，但主要用于物料的低温干燥，且目前尚无可实现高温加热的微波加热工业装备；另一方面，在竖炉上部，球团还原已具有一定金属化率，金属铁主要分布在球团外壳，而微波一碰到金属就发生反射，根本无法吸收或传导，使微波加热效果大打折扣，在密闭的竖炉空间内甚至还会发生危险，进而影响竖炉内的高温合金炉管布局和性能。因此，氢基竖炉上部设置微波加热段并不合理，极有可能成为电
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氢协同竖炉炼铁新工艺和装备开发的另一个限制环节。
[0007]CN 202120940583.1提出了一种自加热气基竖炉直接还原装置，其特点是将竖炉内部分成预热段、还原段、过渡段和冷却段，而在过渡段由多个并联的腔体构成，每个腔体均缠绕电磁感应线圈，但该专利类似于延长了竖炉的还原段，在完成还原后施加感应加热作用用于还原气体预热，一定程度上通过气体将部分热量带到上部，但是缺点在于通过气
固传热的效率较低，同时传热与炉料中的铁氧化物还原不同步，尤其是仍有大量氢气因竖炉中上部料温偏低而逸散，影响了还原气和热量利用率的继续提高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的在于提供一种构建氢
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电协同的高能效低氢耗直接还原炼铁新方法，以解决氢基竖炉炉内热量不均以及氢利用率低的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供的这种氢基竖炉直接还原炼铁新方法，采用以下技术方案：将竖炉本体主要分为还原段和其下方的冷却段；在还原段的内炉衬外依次设置水冷套和电磁加热装置，水冷套和电磁感应加热装置上端设置温度检测装置；电磁加热装置自上而下依次为中频加热A区、中频加热B区和低频加热区，可在富氢还原条件下根据炉料温度和金属化率变化规律进行分区变频控温，保证还原段的最高温度能在800
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1000℃范围内根据所需进行设定，协同富氢气体还原含铁矿物炉料；还原尾气和冷却尾气经处理后可重新进入竖炉作为还原气体和冷却气体循环使用。
[0010]上述技术方案的一种实施方式中，所述还原段的中上部采用中频感应加热，下部可根据炉料金属化率选择采用/不采用低频感应加热。
[0011]上述技术方案的一种实施方式中，所述温度监测装置显示炉内达到规定温度T
±
20℃的下限时，对应感应加热区线路自动接通，电磁感应装置选择性地对竖炉中上部的部分金属化炉料加热；当温度监测装置显示炉内温度达到规定的上限，且保证温度不会明显下降的同时，对应感应加热区线路自动断开，停止加热。
[0012]上述技术方案的一种实施方式中，当含铁炉料金属化率达到20
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50％时开始电磁感应加热，最终直接还原铁的金属化率达到94％以上。
[0013]上述技术方案实施时，包括以下步骤：
[0014](1)电磁感应装置通电工作；
[0015](2)从还原段底部送入富氢还原气体，使用后的还原尾气最终由还原气出口排出；
[0016](3)从冷却段底部送入富氢冷却气体，冷却尾气通过冷却气收集罩集中由冷却气出口排出；
[0017](4)含铁矿物炉料送入竖炉内，并在上部初步被加热和还原而拥有20
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50％金属化率，然后进入安装有电磁感应加热系统的深度还原段，电磁感应加热装置选择性地对还原段中上部金属化的物料进行加热，富氢还原气通过还原段下部的高温球团得到加热，下降的含铁矿物炉料在与上升的高温富氢还原气体的对流运动过程中被还原；
[0018](5)还原的含铁矿物产品经输送辊松散后进入冷却段，被富氢冷却气体冷却后由冷却段下方的炉口排出。
[0019]上述技术方案的一种实施方式中，所述还原段的上端通过炉盖连接有炉料分配臂，炉料分配臂的上端连接有气阀，气阀的上端连接料斗。
[0020]上述技术方案的一种实施方式中，所述水冷套和电磁感应加热装置连接交流电源，竖炉本体的外壳连接地线。
[0021]上述技术方案的一种实施方式中，所述还原段的炉腔底部对应所述电磁感应加热装置的下方设置有一圈喷嘴，电磁感应加热装置的底部外围设置有还原气围管，各喷嘴通过还原气通管与还原气围管连通，还原气围管设置还原气体入口接管，还原段的顶部设置
还原尾气出口接管。
[0022]上述技术方案的一种实施方式中，所述冷却段的轴向中心底部设有倒圆锥形的分配器，分配器的底部设有冷却气入口接管，顶部连接圆锥斗，圆锥斗的上方有冷却气收集罩，冷却气收集罩连接冷却气体出口接管，冷却气收集罩的上方设有一排输送辊。
[0023]上述技术方案的一种实施方式中，所述冷却段的下方为出口段，出口段的中部和底部分别设有输送辊。
[0024]本专利技术在竖炉本体上部还原段的内炉衬外依次设置水冷套和电磁感应加热装置，并将电磁感应加热装置从上往下依次分为中频加热A区、中频加热B区和低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢基竖炉直接还原炼铁新方法，其特征在于：该方法将竖炉本体主要分为还原段和其下方的冷却段；在还原段的内炉衬外依次设置水冷套和电磁加热装置，水冷套和电磁感应加热装置上端设置温度检测装置；电磁加热装置自上而下依次为中频加热A区、中频加热B区和低频加热区，可在富氢还原条件下根据炉料温度和金属化率变化规律进行分区变频控温，保证还原段的最高温度能在800
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1000℃范围内根据所需进行设定，协同富氢气体还原含铁矿物炉料；还原尾气和冷却尾气经处理后可重新进入竖炉作为还原气体和冷却气体循环使用。2.如权利要求1所述的氢基竖炉直接还原炼铁新方法，其特征在于：所述还原段的中上部采用中频感应加热，下部可根据炉料金属化率选择采用/不采用低频感应加热。3.如权利要求1所述的氢基竖炉直接还原炼铁新方法，其特征在于：所述温度监测装置显示炉内达到规定温度T
±
20℃的下限时，对应感应加热区线路自动接通，电磁感应装置选择性地对竖炉中上部的部分金属化炉料加热；当温度监测装置显示炉内温度达到规定的上限，且保证温度不会明显下降的同时，对应感应加热区线路自动断开，停止加热。4.如权利要求1所述的氢基竖炉直接还原炼铁新方法，其特征在于：当含铁炉料金属化率达到20
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50％时开始电磁感应加热，最终直接还原铁的金属化率达到94％以上。5.如权利要求1所述的氢基竖炉直接还原炼铁新方法，包括以下步骤：(1)电磁感应装置通电工作；(2)从还原段底部送入富氢还原气体，使用后的还原尾气最终由还原气出口排出；(3)从冷却段底部送入富氢冷却气体，冷却尾气通过冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘建，杨聪聪，朱德庆，李启厚，郭正启，曲士娟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：